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陆地植物液泡磷酸盐外流蛋白的鉴定: zhoutianshun 2020-1-10 17:17; 陆地植物液泡磷酸盐外流蛋白的鉴定名称： Identification of vacuolar phosphate efflux transporters in land plants 期刊： Nature Plants （ 2019 ）第一作者： LeiXu 通讯作者：易可可（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所） DOI ： https://doi.org/10.1038/s41477-018-0334-3 前言液泡是植物体内储藏过多 Pi 的细胞器，能够根据代谢 Pi 需求和土壤 Pi 供应的变化调节胞质中 Pi 稳定。研究表明，具有 SPX 结构域和 MFS 结构域的液泡 Pi 转运蛋白（ VPTs ，也叫 PHT5 ），在拟南芥中可以转运 Pi 进入液泡膜。但液泡 Pi 外排的转运蛋白鉴定尚不清楚。大肠杆菌中甘油 -3- 磷酸（ G3P ）的吸收是由 GlpT 转运蛋白完成， GlpTs 属于 MFS 蛋白家族成员，其在吸收甘油 -3- 磷酸进入细胞质时，会同时将 1 分子的 Pi 外排到细胞外周质。拟南芥中有 5 个 GlpTs ，其表达受低磷诱导，可能参与 Pi 稳态调控。到目前为止，尚未有 GlpT 蛋白参与植物的 Pi 动态平衡调节的报道。结果 1 、 2 个磷饥饿诱导的水稻 VPEs 蛋白定位在液泡膜利用 iTRAQ 技术对有无 Pi 培养的水稻根总液泡膜蛋白进行分析，鉴定到前人报道的液泡膜 Pi 外排蛋白 OsSPX-MFS3 ，低磷条件下蛋白水平降低。 OsSPX-MFS3 过表达和缺失植株的液泡中 Pi 含量会相应的升高 / 降低，表明 OsSPX-MFS3 其实是一个液泡 Pi 内流蛋白。 OsVPE1(Os04G46880) 和 OsVPE2 （ Os08G06010 ）受低 Pi 诱导，且定位液泡膜。跨膜拓扑预测，并利用 PH 敏感型 GFP 蛋白 PEpHluorin 和非 PH 敏感型 GFP 蛋白 PRpHluorin 标记发现，具有 12 个跨膜蛋白， C- 、 N- 和关键环均位于胞质端，第一个环位于液泡腔。表达分析表明， OsVPE1 和 OsVPE2 受低 Pi 诱导，且 OsPHR2 是 OsVPE1 和 OsVPE2 响应 Pi 所必须的。 Gus 报告基因系统分析表明 Pi 充足条件下，根茎均有表达，但是在低 Pi 条件下，表达量显著升高。 Pi 充足时， OsVPE1 主要在初生根成熟区的内外表皮和叶维管束中表达，低 Pi 时，叶肉细胞、初生根成熟区表皮、皮质和中柱也有表达。 Pi 充足时， OsVPE2 在根冠、侧根原基和叶肉细胞表达；低 Pi 时，主要在叶肉和根细胞表达。 2 、 OsVPE1 和 OsVPE2 介导酵母和爪蟾卵母细胞的 Pi 跨膜转运利用 AHD1 启动子在 Pi 转运缺陷酵母菌株 YP100 表达 OsVPE1 和 OsVPE2 发现， OsVPE1 和 OsVPE2 加快 Pi 的跨膜转运。在爪蟾卵母细胞中表达 YFP–OsVPE2 互补 RNA 并检测 Pi 转运发现， OsVPE2 是在卵母细胞中质膜定位，在酸性 PH 下具有更高的活性，不具有 G3P 转运活性，为一个低亲和性 Pi 转运蛋白。 3 、 VPE1/ OsVPE2 负调控液泡中 Pi 含量 OE- OsVPE1/ OsVPE2 ；（ GFP-VPE1/2 ）株系的根液泡中的 Pi 下降，细胞质中 Pi 含量与野生型相似，总磷含量下降。正常条件下， OE 株系的生长受到抑制，低磷处理后，生长抑制更加严重。 osvpe1 和 osvpe2 插入突变体， RNAi 株系及 CRISPR/Cas 敲除株系，液泡中 Pi 含量比野生型高，细胞质中 Pi 含量相似，总 Pi 含量上升，突变体生长缓慢。双突变体的 Pi 含量上升表型可以被恢复。表明 OsVPE1 和 OsVPE2 是一个液泡 Pi 外排转运蛋白。 4 、 osvpe 双突变体液泡 Pi 外排低于野生型，对 Pi 饥饿超敏感双突变体液泡中的 Pi 含量高于单突变体，表明 OsVPE1 和 OsVPE2 具有加性效应。膜片钳实验表明双突变体和野生型相似。利用 NMR 技术检测低磷处理时突变体和野生型液泡膜 Pi 含量变化发现，双突变体根液泡中 Pi 含量减少量低于野生型。低磷处理时，双突变体生长抑制更加严重， 1-5d 时 PSIs 基因表达显著提高， 10-20d 时表达相似。 Pi 饥饿报告系统表明，双突变体的 GUS 活性前期明显高于 WT, 后期活性相似。表明 OsVPE1 和 OsVPE2 是液泡膜 Pi 外排转运蛋白，是水稻低磷胁迫下调控 Pi 稳态和生长所必须的。 5 、被子植物 VPE 和早期分化的陆地植物 GlpT 蛋白均定位在液泡膜 VPE 蛋白的双亮氨酸标记是液泡膜定位所必须的，且陆地植物 GlpT 蛋白的共同祖先军定位在液泡膜。总结 1、 OsVPE1 和 OsVPE2 是水稻液泡 Pi 外排转运蛋白，负调控水稻液泡 Pi 含量 2、 OsVPE1 和 OsVPE2 在酵母细胞和爪蟾卵母细胞中可以转运 Pi 3、 VPEs 由古老的质膜定位的甘油 -3- 磷酸转运蛋白进化而来 4、双亮氨酸特征是植物 VPEs 蛋白定位在液泡膜所必须的; 个人分类: 论文阅读日记|4270 次阅读|0 个评论

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